KR101122314B1

KR101122314B1 - Method for receiving data for downlink in multiuser multiple input multiple output multicarrier-code division multiple access system and apparatus thereof

Info

Publication number: KR101122314B1
Application number: KR1020050019370A
Authority: KR
Inventors: 남승훈; 구정회; 이충용; 김경연
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2012-03-23
Also published as: KR20060098890A

Abstract

본 발명은 하향 링크의 다중 사용자 MIMO MC-CDMA 시스템에서 데이터 수신 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선 이동 통신 시스템에서 보다 고속의 데이터 전송을 위한 차세대 방법으로 대두하고 있는 다중 송수신 안테나를 채용한 다중 반송파 대역 확산 (MIMO MC-CDMA) 시스템을 위한 보다 향상된 수신기 설계를 위한 방법을 다루고 있다. 특히, 다른 사용자의 코드 정보를 모르는 하향 링크 상황에서 기존의 일반적인 MIMO 수신 방법인 V-BLAST 방법이 갖는 문제점을 개선하기 위한 새로운 수신기 구조에 대해서 다루고 있다.The present invention relates to a method and apparatus for receiving data in a downlink multi-user MIMO MC-CDMA system, and more particularly, to a multi-transmit / receive antenna emerging as a next-generation method for faster data transmission in a wireless mobile communication system. This paper deals with an improved receiver design for multi-carrier spread spectrum (MIMO MC-CDMA) system. In particular, the present invention deals with a new receiver structure for improving a problem of the existing V-BLAST method, which is a general MIMO reception method in a downlink situation where other user's code information is not known.

본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 사용자 MIMO(Multiple Input Multiple Output) MC-CDMA(Multi Carrier-Code Division Multiple Access) 시스템에서 하향 링크 데이터를 수신하는 장치는, 다 수의 송신 안테나로부터 수신되는 신호 각각에 대한 널링 벡터를 계산하고, 상기 계산된 널링 벡터를 이용하여 각각의 널링 벡터에 대응하는 신호에 대한 널링을 동시에 수행하는 널링 수행부; 및 상기 다 수의 송신 안테나 중 임의의 안테나로부터 수신되어 널링된 신호에 대해 다른 송신 안테나로부터 수신되어 널링된 나머지 신호를 이용하여 병렬적으로 간섭을 제거하는 간섭 제거부를 포함한다.An apparatus for receiving downlink data in a multi-user multiple input multiple output (MIMO) multi-carrier-code division multiple access (MC-CDMA) system according to an embodiment of the present invention, each of the signals received from a plurality of transmit antennas A nulling performing unit that calculates a nulling vector for and simultaneously performs nulling on a signal corresponding to each nulling vector using the calculated nulling vector; And an interference canceling unit configured to cancel interference in parallel with respect to a signal received from any one of the plurality of transmission antennas and the nulled signal using the remaining signals received and nulled from another transmission antenna.

병렬 널링, 병렬 부분 간섭 제거 Parallel nulling, parallel partial interference cancellation

Description

Method for receiving data for downlink data in a multi-user MIC-MCD-CDMA system and apparatus therefor.

도 1은 일반적인 MIMO MC-CDMA 시스템의 구성도.1 is a block diagram of a general MIMO MC-CDMA system.

도 2는 본 발명에 따른 수신장치의 구성도.2 is a block diagram of a receiving apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명을 단일 사용자 환경에 적용하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면.3 is a diagram showing a simulation result of applying the present invention to a single user environment.

도 4는 본 발명을 다중 사용자 환경에 적용하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면.4 is a diagram showing a simulation result of applying the present invention to a multi-user environment.

본 발명은 하향 링크의 다중 사용자 MIMO MC-CDMA(Multiple Input Multiple Output MultiCarrier-Code Division Multiple Access) 시스템에서 데이터 수신 방 법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 무선 이동 통신 시스템에서 보다 고속의 데이터 전송을 위한 차세대 방법으로 대두하고 있는 다중 송수신 안테나를 채용한 다중 반송파 대역 확산(MIMO MC-CDMA) 시스템을 위한 보다 향상된 수신기 설계를 위한 방법을 다루고 있다. 특히, 다른 사용자의 코드 정보를 모르는 하향 링크 상황에서 기존의 일반적인 MIMO 수신 방법인 V-BLAST(Vertical-Bell LAb layered Space Time) 방법이 갖는 문제점을 개선하기 위한 새로운 수신기 구조에 대해서 다루고 있다.The present invention relates to a method and a device for receiving data in a downlink multi-user MIMO multiple input multiple output multicarrier-code division multiple access (MC-CDMA) system, and more particularly, to a higher speed in a wireless mobile communication system. This paper deals with improved receiver design for multi-carrier spread spectrum (MIMO MC-CDMA) systems using multiple transmit / receive antennas as a next-generation method for data transmission. In particular, the present invention deals with a new receiver structure for improving the problem of the conventional V-BLAST (Vertical-Bell LAb layered Space Time) method in a downlink situation where other user's code information is not known.

대역확산 다중접속(CDMA) 방식의 경우 효과적으로 다수의 사용자를 수용할 수 있는 접속 방식으로 지금까지 여러 상용 무선 이동 통신 시스템에 적용되어 운용되어 오고 있다. 하지만, 고속 데이터 전송 시 다중 경로 페이딩에 의한 칩간 간섭의 증가에 의해 별도의 간섭 제거기 등이 필요하게 되고 이는 시스템 용량에 제한을 초래하게 된다. 이러한 문제를 해결해 주기 위한 방법 중에 하나인 직교주파수분할다중(OFDM : Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) 전송방법은 최대지연 확산 보다 긴 보호구간(Guard Interval : GI)을 사용하여 주파수 선택적인 페이딩 채널 환경에서 고속의 데이터 전송에 따른 다중 경로 페이딩 신호에 의한 신호의 왜곡 문제를 효과적으로 해결해줄 수 있는 방법이다. In the case of the spread spectrum multiple access (CDMA) method, an access method that can effectively accommodate a large number of users has been applied to various commercial wireless mobile communication systems. However, due to the increase in interchip interference due to multipath fading in high-speed data transmission, a separate interference canceller is required, which causes a limitation in system capacity. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) transmission method, which is one of the methods to solve this problem, uses a guard interval (GI) longer than the maximum delay spread for high speed in a frequency selective fading channel environment. This method can effectively solve the problem of signal distortion caused by the multipath fading signal due to the data transmission.

따라서, 보다 향상된 시스템 성능을 얻기 위한 방법으로 CDMA와 OFDM을 결합한 MC-CDMA 시스템에 대한 연구가 진행되어 오고 있다.Accordingly, researches on MC-CDMA systems combining CDMA and OFDM have been conducted as a method for obtaining improved system performance.

이와 함께, 다중 송수신(MIMO) 안테나를 이용한 공간 영역에서의 신호처리를 통해 주파수 이용 효율을 획기적으로 증가시킬 수 있는 방법에 대한 많은 연구가 진행되고 있는데, 이러한 MIMO 시스템에 대한 수신 방법으로는 순차 간섭 제거 방식(Successive Interference Cancellation : SIC)에 기반한 V-BLAST 방법이 널리 사용되고 있다.In addition, many studies have been conducted on how to significantly increase frequency utilization efficiency through signal processing in a spatial domain using multiple transmit / receive (MIMO) antennas. V-BLAST method based on Successive Interference Cancellation (SIC) is widely used.

최근 들어, 4세대 통신으로 대별되는 차세대 이동통신 시스템에서 요구하는 주파수 이용 효율과 시스템 용량을 만족시켜주기 위한 방법으로, 위에서 설명한 MIMO 전송 방식과 다중 반송파를 이용한 대역 확산 다중 접속 방식(MC-CMDA)을 결합한 MIMO MC-CDMA 시스템이 유력한 후보 중의 하나로 대두되고 있다.Recently, as a method for satisfying the frequency utilization efficiency and system capacity required by the next generation mobile communication system classified into 4th generation communication, the spread spectrum multiple access method using the MIMO transmission method and the multicarrier described above (MC-CMDA) Combined MIMO MC-CDMA system has emerged as one of the potential candidates.

MC-CDMA 시스템의 블록도는 도 1과 같고, 이의 동작을 간략히 살펴보면 다음과 같다. 먼저 송신단에서는 입력 신호를 확산 코드로 확산시킨 후, 각각의 칩 신호를 다중 반송파(subcarrier) 매핑시킨다. 모두 N _c 개의 부반송파에 매핑된 칩 신호들은 역 고속 퓨리에 변환(IFFT : Inverse Fast Fourier Transform)에 의해 시간영역의 신호로 바뀐 뒤에 보호구간(GI)을 붙여서 채널을 통과한 후에 수신된다. The block diagram of the MC-CDMA system is shown in FIG. 1, and the operation thereof is briefly described as follows. First, the transmitter spreads an input signal with a spreading code and then maps each chip signal to a multicarrier (subcarrier). Chip signals mapped to all N _c subcarriers are received after passing through a channel with a guard interval (GI) after being transformed into a time-domain signal by an inverse fast fourier transform (IFFT).

수신단에서는 각각의 수신 안테나별로 수신된 신호에 대해서 보호구간을 제거한 후에 이를 고속 퓨리에 변환(FFT : Fast Fourier Transform)을 통해 주파수 영역의 신호로 바꾸어 N _c 개 각각의 부반송파에 매핑되어 전송된 칩 신호에 대해서를 역확산 과정을 거쳐서 신호를 검출해 낸다.The receiving end removes the guard interval for the signal received for each receiving antenna, and then converts it to a signal in the frequency domain through a Fast Fourier Transform (FFT), which is mapped to each N _c subcarrier to the transmitted chip signal. The signal is detected through the despreading process.

지금까지 설명한 내용에 대한 신호 모델을 살펴보면, 수학식 1과 수학식 2와 같다.Looking at the signal model for the content described so far, Equation 1 and Equation 2.

여기서 y ^j 는 수신단에 수신된 신호, H ^j 는 채널 이득, x ^j 는 송신단에서 송신한 신호, n ^j 는 채널 잡음이다.Where y ^j is the signal received at the receiver, H ^j is the channel gain, x ^j is the signal transmitted at the transmitter, and n ^j is the channel noise.

여기서,

는

번째 송신 안테나에서

개의 확산 코드로 확산 및 다 중화되어 전송되는 송신 신호이고,

는

번째 송신 안테나에서

번째 확산 코드로 확산되어 부반송파

에 매핑되어 송신되는 신호이고, c _k 는 길이가 SF인 확산 코드를 나타낸다. 위 식에서 사용된

는

보다 크지 않은 최소 정수를 얻는 연산이고, mod(x,y)는 x/y에 대한 모듈로 연산으로 이는 각각의 입력 신호와 이를 확산한 칩 신호를 해당하는 부반송파에 매핑해주는 역할을 한다.here,

Is

At the first transmit antenna

Transmission signals that are spread and multiplexed by four spreading codes,

Is

At the first transmit antenna

Subcarriers spread to the first spreading code

C _k denotes a spreading code whose length is SF. Used in the above expression

Is

The operation is to obtain a minimum integer that is not larger, and mod (x, y) is a modulo operation on x / y, which maps each input signal and the spread chip signal to the corresponding subcarrier.

앞으로 다중 사용자 환경에서는 첫번째 사용자에게 전체

개의 코드 중에서

개의 확산 코드를 할당하고, 나머지 사용자들에게 남는 코드를 할당한다고 가정한다.In the future, in a multi-user environment,

Of codes

Suppose we assign three spreading codes and assign the remaining codes to the remaining users.

지금까지 살펴본 바와 같이, 수신단에서 FFT를 거친 후에 얻게 되는 각각의 부반송파에 대한 신호는 단일 반송파 MIMO 신호와 같고, 따라서 각 부반송파 별로 MIMO 수신 알고리즘인 V-BLAST를 적용하게 된다. 따라서, 앞으로는 표기의 편의를 위해서 부반송파 인덱스

는 생략한다. 이제 기존의 V-BLAST 알고리즘을 살펴보면 수학식 3과 같다.As described above, the signal for each subcarrier obtained after the FFT at the receiver is the same as a single carrier MIMO signal, and thus, V-BLAST, a MIMO reception algorithm, is applied to each subcarrier. Therefore, in the future, the subcarrier index for convenience of notation

Is omitted. Now look at the existing V-BLAST algorithm is as shown in equation (3).

여기서 (G_i)_j는 G_i 의 j번째 row 이고, Q(x)는 양자화 과정을 나타낸다. Where (G _i ) _j is the j th row of G _i and Q (x) represents the quantization process.

하향 MIMO MC-CDMA 시스템에 대한 V-BLAST 수신기는 단일 사용자 경우에 있어서는 어느 정도 만족할 만한 성능을 보이는 것으로 알려져 있지만, 다중 사용자 경우에 있어서는 매우 급격한 성능 저하를 보이는 것으로 알려져 있다. 이에 대한 원인을 살펴보면 다음과 같다.The V-BLAST receiver for the downlink MIMO MC-CDMA system is known to show some satisfactory performance in the single-user case, but it is known to exhibit a very rapid performance degradation in the multi-user case. The reasons for this are as follows.

설명의 편의상 두 명의 사용자가 있는 다중 사용자 환경을 가정하고, 첫번째 사용자에 대한 수신 성능을 살펴본다. 이러한 다중 사용자 환경에서의 하향 MIMO MC-CDMA 시스템에 대해서 수신단에서 V-BLAST 방법을 적용함에 있어서 문제가 되는 부분은, 첫번째 사용자가 알지 못하는 확산코드에 의한 신호는 검출해 낼 수가 없기 때문에 이러한 신호는 제거를 해 줄 수가 없고, 이러한 간섭 신호 성분이 순차 간섭 제거 방식에서는 구조적으로 과도한 에러를 발생시키게 되므로 결과적으로 수신기의 급격한 성능 저하를 가져온다. For convenience of explanation, assume a multi-user environment with two users, and look at the reception performance for the first user. The problem in applying the V-BLAST method to the receiver for such a downlink MIMO MC-CDMA system in a multi-user environment is that such signals cannot be detected because of the spreading code unknown to the first user. It is impossible to cancel, and this interference signal component causes structurally excessive error in sequential interference cancellation, resulting in drastic performance degradation of the receiver.

이러한 상황을 앞서 살펴본 수신 신호 식을 통해서 살펴보면 다음과 같다. 본 발명에서는 설명의 편의상 안테나 순서대로 널링(Nulling)을 한다고 가정한다. 앞서 살펴본 V-BLAST 알고리즘을 CDMA 신호에 적용시켰을 때, 안테나 i에 대한 널링과 간섭 제거 과정을 살펴보면 수학식 4와 같다. This situation is described through the above-described received signal equation. In the present invention, it is assumed that nulling is performed in order of antenna for convenience of description. When the above-described V-BLAST algorithm is applied to a CDMA signal, a nulling and interference cancellation process for the antenna i is described in Equation 4.

여기서 z _i 는 안테나 i에 대하여 널링 후 얻어지는 수신 신호이고, y '는 간섭을 제거한 신호이다. 그리고

는 안테나 i에 대한 널링 벡터이고, DEC _k (x)는 신호 x에 대한 k번째 확산 신호에 의한 역확산 및 신호검출 과정을 나타낸다. 이 과정을 통해서 얻어진

개의 신호성분에 대해서 제거를 해주게 된 다. Where z _i is a received signal obtained after nulling with respect to antenna i, and y 'is a signal without interference. And

Is the nulling vector for antenna i, and DEC _k ( x ) represents the despreading and signal detection process by the k th spread signal for signal x . Obtained through this process

The signal components of the dog are removed.

이와 같은 신호 모델을 이용하여, V-BLAST 수신기의 문제점을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the problem of the V-BLAST receiver using such a signal model as follows.

전체 수신 신호에 대해서 송신 안테나 1을 제외한 다른 안테나 송신신호 성분을 w ₁로 널링한 후에 얻어지는 수신 신호 z ₁은 수학식 5와 같다.Received signal z ₁ is obtained a different antenna transmission signal components other than the transmitting antenna 1, based on the total received signal after nulling with w ₁ is equal to the equation (5).

여기서

는 안테나 i에 대한 널링 벡터 w _i 와 송신 안테나 j의 채널 벡터 h _j 간의 내적을 의미한다. 안테나 1에 대해서 구한 널링 벡터에 대해서, 널링이 완벽히 이루어졌다고 한다면,

으로 가정할 수 있다.here

Denotes the dot product between the nulling vector w _i for antenna i and the channel vector h _j of transmit antenna j. For the nulling vector found for antenna 1, if nulling is done perfectly,

Can be assumed.

하지만, 일반적으로 널링 벡터가 널링시키려고 하는 채널 벡터와 완벽한 직교성을 갖지는 못하기 때문에 널링 과정에서

인 조건을 만족시키지 못하는 상황에서는 여전히 위에서 살펴본 간섭 성분 I ₂가 존재하게 된다.However, in the nulling process, in general, the nulling vector does not have perfect orthogonality to the channel vector to be nulled.

If the condition is not satisfied, the interference component I _{2 described} above still exists.

안테나 1에 대해서 널링을 한 후에 얻어지는 z ₁ 신호에 대해 역확산과 양자화를 거쳐서 검출된 신호에 대한 간섭 제거 과정은 수학식 6과 같다. The interference cancellation process for the signal detected through despreading and quantization on the z ₁ signal obtained after nulling the antenna 1 is shown in Equation 6.

여기서, y '는 간섭이 제거된 후의 신호이고,

는 안테나 1의 신호에 대한 검출 에러로 안테나 2로 전파되는 에러 성분이다.Where y 'is the signal after the interference is removed,

Is an error component propagated to antenna 2 as a detection error for the signal of antenna 1.

계속해서, 안테나 2에 대한 널링 과정을 살펴보면 수학식 7과 같다.Subsequently, the nulling process for the antenna 2 will be described as in Equation (7).

여기서

는 안테나 신호 1에 대한 간섭 제거를 한 후에 채널 행렬 H에서 송신 안테나 1에 대한 채널 백터를 제거하고 남는 채널 행렬에 대해서 새로이 구한 널링 벡터이다. 그리고,

는 안테나 2에 대해 새로이 구한 널링 벡터

와 채널 벡터 h _j 간의 내적을 의미한다. 안테나 2에 대해서 구한 널링 벡터에 대해서,

이라고 가정할 수 있지만,

은 채널 백터 h ₁를 고려하지 않고 구한 널링 벡터이므로 일반적으로

이라고는 할 수가 없다. 위 식에서 에러 성분 E를 살펴보면, 안테나 1의 신호 검출 시의 에러와 첫번째 사용자가 알지 못하는 확산 코드에 의한 간섭 성분이

에 의해 곱해져 있으므로 이 값은 안테나 2의 신호 검출에 있어서 매우 큰 간섭 성분으로 작용하게 된다. 이와 같이 순차 간섭 제거 방법에 기반한 V-BLAST의 경우, 연속적으로 널링과 간섭 제거를 해 나갈수록 에러성분 E에는 알지 못하는 코드에 의한 간섭 신호가 누적되게 되고, 이는 전체 수신 성능 저하를 야기하게 된다.here

Is a newly obtained nulling vector for the remaining channel matrix after removing the channel vector for the transmitting antenna 1 in the channel matrix H after the interference cancellation for the antenna signal 1. And,

Is the newly obtained nulling vector for antenna 2.

And the dot product between the channel vector h _j . For the nulling vector found for antenna 2,

Can be assumed to be

Is usually a nulling vector obtained without considering the channel vector h ₁ ,

I can not say. Looking at the error component E in the above equation, the error when detecting the signal of the antenna 1 and the interference component due to the spreading code unknown to the first user

This value acts as a very large interference component in detecting the signal of antenna 2. As described above, in the case of V-BLAST based on the sequential interference cancellation method, as nulling and interference cancellation are continuously performed, interference signals due to codes unknown to the error component E accumulate, which causes a decrease in overall reception performance.

본 발명은 MIMO MC-CDMA 시스템의 수신기에서 다단계 병렬 널링 방법을 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a multi-level parallel nulling method in a receiver of a MIMO MC-CDMA system.

본 발명은 MIMO MC-CDMA 시스템의 수신기에서 부분 병렬 간섭 제거 방법을 제공하고자 한다.The present invention seeks to provide a partial parallel interference cancellation method in a receiver of a MIMO MC-CDMA system.

본 발명은 MIMO MC-CDMA 시스템의 수신기에서 부분 병렬 간섭 제거 시 최적의 부분 간섭 제거 가중치를 결정하는 방법을 제공하고자 한다.The present invention provides a method for determining an optimal partial interference cancellation weight when partial parallel interference cancellation in a receiver of a MIMO MC-CDMA system.

본 발명은 다단계 병렬 널링 방법과 부분 병렬 간섭 제거 방법을 이용하여 신호를 검출하는 수신장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a receiver for detecting a signal using a multi-level parallel nulling method and a partial parallel interference cancellation method.

본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 사용자 MIMO(Multiple Input Multiple Output) MC-CDMA(Multi Carrier-Code Division Multiple Access) 시스템에서 하향 링크 데이터를 수신하는 장치는, 다 수의 송신 안테나로부터 수신되는 신호 각각에 대한 널링 벡터를 계산하고, 상기 계산된 널링 벡터를 이용하여 각각의 널링 벡터에 대응하는 신호에 대한 널링을 동시에 수행하는 널링 수행부; 및 상기 다 수의 송신 안테나 중 임의의 안테나로부터 수신되어 널링된 신호에 대해 다른 송신 안테나로부터 수신되어 널링된 나머지 신호를 이용하여 병렬적으로 간섭을 제거하는 간섭 제거부를 포함한다. An apparatus for receiving downlink data in a multi-user multiple input multiple output (MIMO) multi-carrier-code division multiple access (MC-CDMA) system according to an embodiment of the present invention, each of the signals received from a plurality of transmit antennas A nulling performing unit that calculates a nulling vector for and simultaneously performs nulling on a signal corresponding to each nulling vector using the calculated nulling vector; And an interference canceling unit configured to cancel interference in parallel with respect to a signal received from any one of the plurality of transmission antennas and the nulled signal using the remaining signals received and nulled from another transmission antenna.

본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 사용자 MIMO(Multiple Input Multiple Output) MC-CDMA(Multi Carrier-Code Division Multiple Access) 시스템에서 하향 링크 데이터를 수신하는 방법은, 다 수의 송신 안테나로부터 수신되는 신호 각각에 대한 널링 벡터를 계산하는 과정; 상기 계산된 널링 벡터를 이용하여 각각의 널링 벡터에 대응하는 신호에 대한 널링을 동시에 수행하는 과정; 및 상기 다 수의 송신 안테나 중 임의의 안테나로부터 수신되어 널링된 신호에 대해 다른 송신 안테나로부터 수신되어 널링된 나머지 신호를 이용하여 병렬적으로 간섭을 제거하는 과정을 포함한다. In a method for receiving downlink data in a multi-user multiple input multiple output (MIMO) multi-carrier-code division multiple access (MC-CDMA) system according to an embodiment of the present invention, each signal received from a plurality of transmit antennas Calculating a nulling vector for; Simultaneously performing nulling on a signal corresponding to each nulling vector by using the calculated nulling vector; And canceling the interference in parallel using the remaining signals received and nulled from other transmit antennas with respect to the signals received and nulled from any one of the plurality of transmit antennas.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다. 설명의 편의를 위해 이하에서는 송신 안테나 1에 대한 동작만 설명하나, 나머지 안테나들에 대한 동작은 당업자에 의해 용이하게 이해될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. For convenience of description, only the operation of the transmitting antenna 1 will be described below, but the operation of the remaining antennas can be easily understood by those skilled in the art.

도 2는 본 발명에 따른 수신기는 도 1과 같은 종래의 수신기에서, Chip Level V-BLAST or MPN-PPIC 블럭을 새로 제안한 것으로, MN-PPIC(MMSE Nulling-Partial Parallel Interference Cancellation) 수신기라 칭한다.FIG. 2 is a receiver according to the present invention newly proposed a Chip Level V-BLAST or MPN-PPIC block in the conventional receiver as shown in FIG. 1 and is referred to as an MN-PPIC (MMSE Nulling-Partial Parallel Interference Cancellation) receiver.

본 발명에 따른 MN-PPIC 수신기는 FFT를 거쳐 수신되는 신호에 대해서 널링을 수행하는 널링 수행부(21)와 널링 후 각 단계별로 간섭을 제거하는 PPIC부들(22, 23)를 구비한다.The MN-PPIC receiver according to the present invention includes a nulling performing unit 21 for performing nulling on a signal received through an FFT and PPIC units 22 and 23 for removing interference at each stage after nulling.

널링 수행부(21)는 병렬적으로 동시에 모든 송신 안테나에 대한 널링 벡터를 구하여 널링을 수행한다.The nulling performing unit 21 performs nulling by obtaining a nulling vector for all transmitting antennas in parallel at the same time.

PPIC는

번째 단계까지 수행되는데, 각 단계별 PPIC부는 간섭 제거 가중치를 구하여 간섭을 제거한다.PPIC

Up to the first stage, each stage PPIC unit removes the interference by obtaining the interference cancellation weight.

이하에서 널링 과정과 간섭 제거 과정을 수식을 통하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the nulling process and the interference cancellation process will be described in more detail through the equations.

먼저 최초의 수신 신호에 대해서 널링을 수행하는 과정은 앞서 살펴본 V-BLAST의 경우와 같이 수학식 8처럼 수행한다. 하지만, 본 발명에서는 이러한 널링을 널링 수행부(21)에서 동시에 모든 송신 안테나에 대해서 수행한다.First, the process of nulling the first received signal is performed as in Equation 8, as in the case of V-BLAST. However, in the present invention, the nulling is performed by all the transmitting antennas at the same time by the nulling performing unit 21.

여기서 I ₂은 다른 송신 안테나로부터의 간섭 신호 성분을 나타낸다. Where I ₂ represents an interference signal component from another transmit antenna.

이상과 같이 널링을 거친 송신 안테나 1의 수신 신호에 대해서 수학식 9와 같은 과정을 거쳐서 신호를 검출해 낸다.As described above, a signal is detected with respect to the received signal of the transmitted antenna 1 through the same process as in Equation (9).

여기서 윗첨자 (0)는 널링 만으로 검출해낸 신호를 나타낸다.Here, the superscript (0) represents a signal detected only by nulling.

일단 이상과 같은 과정을 거쳐서 모든 송신 안테나에 대한 신호

를 얻을 수 있다. 이 신호들을 이용하여 첫번째 PPIC부(22)는 수학식 10과 같이 다단계로 병렬적으로 간섭 신호를 제거해 줄 수 있다.Signals for all transmitting antennas after the above process

Can be obtained. Using these signals, the first PPIC unit 22 may remove the interference signal in parallel in multiple steps as shown in Equation 10. FIG.

수학식 10을 살펴보면, 전단에서 구한 다른 송신 안테나로부터의 신호

를 이용하여 간섭 신호를 병렬적으로 제거해 주고 있다. 이때,

는 이러한 간섭 신호를 어느 정도나 제거해 줄 지를 결정해 주는 가중치이다. 이 값은 대체적으로 0에서 1사이의 값을 갖는데, 이러한 병렬 간섭 제거 방법의 성능에 큰 영향을 끼치는 것으로 알려져 있다.Looking at Equation 10, the signal from the other transmit antenna obtained in the preceding

Interference signals are removed in parallel using. At this time,

Is a weight that determines how much such interfering signals are removed. This value generally has a value between 0 and 1, which is known to greatly affect the performance of this parallel interference cancellation method.

다단계에 걸쳐 위의 연산을 반복해 나가게 되면, 각각의 송신 안테나로부터의 신호 검출 시에 간섭 신호성분 E 에 의한 영향을 점점 더 줄여 나갈 수 있고, 이를 통해 전체적인 수신기 성능을 향상시킬 수 있다.If the above operation is repeated in multiple stages, the influence of the interference signal component E may be gradually reduced in detecting signals from each transmitting antenna, thereby improving the overall receiver performance.

다음으로 본 발명에서 제안한 수신기에 적용할 수 있는 최적의 간섭 제거 가중치를 결정하는 방법에 대해서 살펴본다. 이를 위해 먼저, QPSK(Quadrature Phase-Shift Keying)에 대한 에러 확률 모델링을 다음과 같이 정의한다. 송신 안테나

로 부터의 QPSK 변조된 송신신호를

라 할 때,

는

번째 PPIC(Partial Parallel Interference Cancellation : 부분 병렬 간섭 제거) 단계 후의

에 대한 추정 값을 나타낸다. 이 때,

와

사이의 관계는 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.Next, a method of determining an optimal interference cancellation weight applicable to the receiver proposed by the present invention will be described. To this end, first, error probability modeling for quadrature phase-shift keying (QPSK) is defined as follows. radiator

QPSK modulated transmit signal from

When we say

Is

After the first Partial Parallel Interference Cancellation (PPIC) step

Represents an estimated value for. At this time,

Wow

The relationship between can be expressed as in Equation (11).

여기서, 랜덤 변수

은 신호 검출 시의 에러를 나타내는 성분으로, QPSK에 대해서 수학식 12와 같은 통계적 특성을 갖는다.Where random variables

Is a component representing an error in detecting a signal, and has a statistical characteristic as in Equation 12 with respect to QPSK.

그리고 수학식 12로부터

에 대한 통계값을 구하면 수학식 13과 같다.And from Equation 12

The statistical value for is given by Equation 13.

상기화 같은 에러 확률 분포를 이용하여, 최적의 간섭 제거 가중치츨 구하는 알고리즘에 대하여 살펴본다.Using an error probability distribution such as the above, an algorithm for obtaining an optimal interference cancellation weight will be described.

안테나

의 신호 검출 시, 간섭 신호로 작용하는 각각의 송신 안테나로부터의 간섭 신호 추정치에 대해서 서로 다른 간섭 제거 가중치를 적용해서, 전체 L단계의 연산 중에서

번째 단계의 PPIC후의 신호를 살펴보면 수학식 14와 같다.antenna

In water by applying a different interference cancellation weight with respect to the interfering signal estimate from each transmit antenna, the calculation of the total phase L, which acts as the interference signal when the signal detecting

Looking at the signal after the PPIC of the first step is shown in equation (14).

위 식에서

는

번째 PPIC 단계에서 안테나

의 신호 검출 시, 안테나

에 의한 간섭신호 성분에 대한 간섭 제거 가중치를 나타낸다.From the stomach

Is

At the first PPIC stage

When detecting a signal

Represents an interference cancellation weight for an interference signal component.

수학식 14에

에 대한 식을 대입하면,

은 수학식 15와 같이 나타낼 수 있다.In equation (14)

If you substitute an expression for,

May be expressed as in Equation 15.

이 경우, 안테나

의 신호 검출 시 간섭으로 작용하는 간섭 신호 성분은 수학식 16과 같다.In this case, the antenna

The interference signal component acting as an interference when detecting a signal is represented by Equation 16 below.

이러한 간섭 신호 성분은 central limit theorem에 의해,

와 K가 충분히 크다면,

번째 PPIC 단계에서의 안테나 신호

에 대한 간섭신호 성분

은 평균이 0인 가우시안 랜덤 변수의 분포를 가정할 수 있다. 따라서, 이를 송신 안테나

에 대해서 살펴보면, 수학식 17과 같다.These interference signal components are determined by the central limit theorem,

If and K are large enough,

Signal at the first PPIC stage

Interference Signal Component for

Can assume a distribution of Gaussian random variables with an average of zero. Thus, it transmits antenna

For Equation 17, Equation 17 is used.

그리고 표기 편의상 수학식 18과 같이 변수를 치환한다.For convenience of notation, a variable is substituted as shown in Equation 18.

따라서, 이와 같이 구한 분산 값으로부터 신호 검출 에러

의 평균은 수학식 19와 같이 구할 수 있다.Therefore, the signal detection error from the variance value thus obtained

The average of can be calculated as in Equation 19.

그러면, 송신 안테나

에 대한 신호 검출시의 간섭 신호 성분에 대한 분산

은 수학식 20과 같이 구할 수 있다.Transmission antenna

Variance of Interfering Signal Components in Signal Detection

Can be obtained as shown in Equation 20.

L번째 단계의 PPIC 후의, 평균 에러 확률을 수학식 21과 같이 정의할 수 있 다. The average error probability after the L -step PPIC can be defined as shown in Equation 21.

일반적으로 각 stage별로 평균 에러 확률 P _av 를 최소화하는 것이 최적이지만, 이 계산은 수식적으로 그리 용이하지 못하다. 따라서, 앞서 구한 간섭 신호에 대한 분산을 최소화시키는 간섭 제거 가중치를 구하도록 한다. 이를 위해, 다음과 같은 비용함수(Cost Function)를 생각한다. 이는 간섭 신호와 간섭 신호 추정값 사이의 MSE(Mean Square Error)로 정의한다. 최적의 간섭 제거 가중치를 구하기 위한 비용함수를 간섭 신호와 전단계에서의 간섭 신호 추정치 간의 MSE로 수학식 22와 같이 정의한다.In general, it is optimal to minimize the average error probability P _av for each stage, but this calculation is not easy to formulate. Therefore, the interference cancellation weight for minimizing the dispersion of the interference signal obtained above is obtained. To do this, consider the following cost function: This is defined as Mean Square Error (MSE) between the interference signal and the interference signal estimate. The cost function for obtaining the optimal interference cancellation weight is defined as Equation 22 as the MSE between the interference signal and the estimated interference signal at the previous stage.

송신 안테나

의 substream을 검출하기 위한 비용함수를 최소화하는 간섭 제거 가중치

는 수학식 23과 같이 정의한다.radiator

Interference Rejection Weights Minimizing Cost Functions for Detecting Substreams

Is defined as in Equation 23.

앞서 정의한 비용함수를 최소로 만드는 각각의 간섭 제거 가중치를 구하기 위해, 수학식 24와 같이 비용함수에 대한 각각의 가중치에 대한 편미분을 구한다.

에 대한 최적화 과정을 살펴보면 다음과 같다.In order to obtain each interference cancellation weight that minimizes the previously defined cost function, a partial derivative of each weight for the cost function is obtained as shown in Equation (24).

The optimization process for is as follows.

따라서, 최적의 간섭 제거 가중치

는 수학식 24의

을 0으로 만드는

값이다. 즉,

는 수학식 25와 수학식 26에 의해 구할 수 있다.Therefore, optimal interference cancellation weight

Of equation (24)

Makes zero

Value. In other words,

Can be obtained from equations (25) and (26).

다른 송신 안테나에 대한 간섭 제거 가중치도 앞에서 설명한 유도 과정을 거쳐서 독립적인 방식으로 구할 수 있다.Interference cancellation weights for other transmit antennas may also be obtained in an independent manner through the derivation process described above.

도 3과 도 4는 각각 단일 사용자와 다중 사용자 환경에 대한 실험 결과를 보여준다. 실험에서는 단일 사용자의 경우 28개의 코드를 할당했고, 다중 사용자의 경우 두 명의 사용자에 대해서 각각 14개의 코드를 할당했다. 이는 길이가 32 인 Walsh 코드를 사용했을 경우에, 최소의 control channel을 제외한 full loading의 경우이다.3 and 4 show experimental results for a single user and a multi-user environment, respectively. In the experiment, we assigned 28 codes for a single user and 14 codes for two users for a multi-user. This is the case of full loading except for the minimum control channel, when Walsh code with length 32 is used.

1 PPIC는 본 발명에 따라 1번 PPIC를 수행한 것이고, 2 PPIC는 본 발명에 따라 2번 PPIC를 수행한 것이다. 그리고 (Opt.)는 최적의 간섭 제거 가중치를 사용한 경우이고, (0.4)는 0.4의 간섭 제거 가중치를 사용한 경우이다. 0.4는 실험에 의해 구해진 값이다.1 PPIC is to perform the first PPIC in accordance with the present invention, 2 PPIC is to perform the PPIC twice in accordance with the present invention. And (Opt.) Is the case where the optimal interference cancellation weight is used, and (0.4) is the case where the interference cancellation weight of 0.4 is used. 0.4 is the value obtained by experiment.

도시된 바와 같이 도 3의 단일 사용자의 경우에는, 다단계 연산을 통해 본 발명에서 제안한 방법이 종래의 V-BLAST보다 성능이 나은 것을 알 수 있다.As shown in the figure, in the case of a single user of FIG. 3, it can be seen that the method proposed by the present invention performs better than the conventional V-BLAST through multi-step computation.

그리고 도 4의 다중 사용자의 경우 V-BLAST는 error floor를 나타내지만, 본 발명의 경우에는 이러한 성능 저하를 보이지 않으며 향상된 성능을 보임을 알 수 있다.In the case of the multi-user of FIG. 4, V-BLAST shows an error floor, but in the case of the present invention, it does not show such performance degradation and shows improved performance.

본 발명은 다른 송신 안테나로부터의 신호를 병렬적으로 수신하고, 다른 송신 안테나로부터의 간섭 신호를 제거함으로써 수신 성능이 매우 나쁜 다중 사용자 환경에서의 하향 MIMO MC-CDMA 시스템에 대해서 매우 우수한 수신 성능을 얻는 효과가 있다.The present invention achieves very good reception performance for a downlink MIMO MC-CDMA system in a multi-user environment where reception performance is very poor by receiving signals from different transmit antennas in parallel and eliminating interference signals from other transmit antennas. It works.

또한 본 발명은 단일 사용자 환경에 대해서도 다단계 연산을 통하여 더 나은 성능을 얻을 수 있다.In addition, the present invention can obtain better performance even through a multi-step operation even for a single user environment.

Claims

An apparatus for receiving downlink data in a multi-user multiple input multiple output (MIMO) multi-carrier-code division multiple access (MC-CDMA) system,

A nulling unit configured to calculate a nulling vector for each signal received from a plurality of transmit antennas, and to simultaneously perform nulling on a signal corresponding to each nulling vector using the calculated nulling vector; And

An interference canceling unit for removing interference in parallel with the remaining signals received from another transmission antenna and nulled with respect to the nulled signal received from any one of the plurality of transmission antennas

Data receiving apparatus comprising a.

The method of claim 1,

In the interference cancellation unit

The signal after the interference is removed in the first step is characterized in that the following equation.

&Lt; Equation &

here,

Is

In the first interference cancellation phase

When detecting signal

Interference cancellation weight for the interference signal component by

Is a signal detection error.

3. The method of claim 2,

The interference cancellation weight is calculated by the following equation.

&Lt; Equation &

here,

Is the optimal interference cancellation weight.

In the method for receiving downlink data in a multi-user multiple input multiple output (MIMO) Multi Carrier-Code Division Multiple Access (MC-CDMA) system,

Calculating a nulling vector for each of the signals received from the plurality of transmit antennas;

Simultaneously performing nulling on a signal corresponding to each nulling vector by using the calculated nulling vector; And

A process for removing interference in parallel using the remaining signals received from another transmit antenna and nulled for a signal received and nulled from any one of the plurality of transmit antennas.

Data receiving method comprising a.

The method of claim 4, wherein